方管旋压缩径工艺研究.docx

１２２０１２ 年１１ 月ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＮＥＴＳＨＡＰＥＦＯＲＭＩＮＧ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ方管旋压缩径工艺研究李纪龙１，杜长春２，李萍１（１．合肥工业大学 材料科学与工程学院，合肥 ２３０００９；２．合肥车桥有限责任公司，合肥 ２３０００９）摘要：采用旋压缩径工艺将矩形截面管缩成圆形截面管，利用 Ａｂａｑｕｓ软件对旋压缩径工艺进行数值模拟，分析成形过程中的应力应变分布、壁厚变化规律、轴向长度变化及载荷变化规律，对成形中产生的缺陷进 行分析，并优化工艺。 实验结果验证了成形方案的可行性，并得到较好的成形结果。关键词：旋压缩径；数值模拟；矩形截面管；应力应变；壁厚变化中图分类号：ＴＧ３８６．４３文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－６４５７（２０１２）０６－００１２－０４Ｎｅｃｋ－ｓｐｉｎｎｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳｑｕａｒｅＴｕｂｅＬＩＪｉ－ｌｏｎｇ１ ，ＤＵＣｈａｎｇ－ｃｈｕｎ２ ，ＬＩＰｉｎｇ１（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｅｆｅｉＡｘｌｅＬｉｍｉｔｅｄＬｉａｂｉｌｉｔｙＣｏｍｐａｎｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｎｅｃｋ－ｓｐｉｎｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｓｕｓｅｄｔｏ ｍａｋｅｓｑｕａｒｅｔｕｂｅｉｎｔｏｃｉｒｃｕｌａｒｓｅｃｔｉｏｎ．Ｉｔｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇ Ａｂａｑｕｓｓｏｆｔｗａｒｅｔｏａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｓｔｒａｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｗａｌｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｃｈａｎｇｅｓｉｎａｘｉａｌｌｅｎｇｔｈａｎｄｌｏａｄｃｈａｎｇｅｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅｆｏｒｍｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｆｏｒｍｉｎｇｄｅｆｅｃｔｓａｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｔｌａｓｔｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｄｅｍｏｎ－ ｓｔｒａｔｅｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｆｏｒｍｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｄｅｓｉｒｅｄｅｆｆｅｃｔｓａｒｅｇｏｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｅｃｋ－ｓｐｉｎｎｉｎｇ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｓｑｕａｒｅｔｕｂｅ；ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ；ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｗａｌｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓ现代工业生产中，管材除大量使用于气体和液体管道工程外，在航空航天、机械、化工、交通等工业 部门也被广泛应用，管材塑性加工在现代工业生产 中占有十分重要的地位。 管材旋压缩径工艺是一种 重要的管材塑性加工方法［１］。传统的旋 压 缩 径 工 艺 均 用 于 轴 对 称 零 件 的 生 产，华南理工大学的夏琴香［２］等人建立了管形件缩 径旋压的力学模型，并对其进行了有限元数值分析， 得到了旋压缩径过程的应变场、应力场和旋压力的 变化规律。 薛克敏、李萍［３］等人研究了筒形件 强 旋 工艺参数对金属切向流动的影响。 国内学者对圆形截面管坯旋 压 缩 径 工 艺 进 行 了 大 量 研 究［４－８］，而 采用矩形截面管为坯料的研究很少。 文中以方管在桥 壳机械式胀形中的应用为背景，采用矩形截面管坯 利用旋压缩径工艺将两端缩成圆形，在 Ａｂａｑｕｓ 软 件中分析成形的可行性，并预测可能产生的缺陷，进 行工艺优化。工艺分析及有限元模型建立１根据旋压时使用的模具不同，可分为旋压模缩径、旋轮缩径和摩擦工具缩径等 ３ 类。 对于矩形截收稿日期：２０１２－０９－１０基金项目：安徽省科技攻关计划项目（１１０１０２０２１６０）作者简介：李纪龙（１９８９－），男，安徽休宁人，在读硕士研究生，主要研究方向为精密塑性成形及组织性能研究。１３第４ 卷 第６ 期李纪龙等：方管旋压缩径工艺研究面管坯，其变形属于局部接触变形，管坯各点应力应变分布不均匀，极易造成开裂、起皱等缺陷，且桥壳 管坯属于长度较大的拉杆类管件，适合采用旋压模 缩径工艺。 缩径过程中，管坯做轴向进给运动，旋压 模随车床主轴旋转，首先接触的部位为管坯的 ４ 个 圆角部位，这些部位的金属沿着旋压模的内部流动， 呈两向受压一向受拉状态（轴向和径向受压，周向受 拉）。 各成形 工 艺 参 数 如 旋 压 模 转 速、管 坯 进 给 速 度、凹模锥角、摩擦系数等对成形结果的影响较大。 文中旨在通过计算机模拟技术，基于大型通用有限 元软件 Ａｂａｑｕｓ对 旋 压 成 形 工 艺 进 行 数 值 模 拟，揭 示成形过程中金属的流动规律，所建立的有限元模 型如图１ 所示。在该有限元模型中管坯采用变形体建模，划分网格单元为 Ｃ３Ｄ８Ｒ，旋 压 模 采 用解析刚体建模，采 用动力显示算